Способ гидролиза целлюлозосодержащего сырья

(51)5 С 13 К 1 02 ГОСУДАРСТЭЕННЬЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Московский технологический институт пищевой промьппленности(54) СПОСОБ ГИДРОПИЗА ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ(57) Изобретение относится к пищевойи микробиологической промьппленности,1в частности к способу получения глю -козногс сиропа из целлюпозосодержащего сырья. Цель изобретения - увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз.Способ включает измельчение целлюлозосодержащего сырья смачив ание пригидромодуле 3-4 разбавленной азотной1 Изобретение относится к пищевой,медицинской и микробиологической промышленности, в частности к способуполучения глюкозного сиропа из целлюлозосодержащего сырья, и может бытьиспользовано при производстве сахарозаменителей, пищевых добавок, улучшителей в хлебопечении, а также наполнителе й ле кар ств ен ных фор м.Цель изобретения - увеличение выхода полимерных гемицеллюлоз,Способ гидролиза целлюпозосодержащего сырья включает делигнификациюизмельченного сырья в присутствии. ЯО 1629319 2кислотой (0,7-5%) или 0,5-5%-ным раствором азотнокислого калия, предварительно подвергнутым электрохипческой обработке. Окислительньп реагент вносят из расчета 1,2 10 .4,1 10 г/ /ион МО наг субстрата. Сырье выдерживают в течение 12-24 ч при 18 о24 С. По истечении времени смоченное сырье заливают 4-5% - ным раствором гид - роокиси натрия, устанавливая конечньп гидромодуль 50-60. Делигнифи;ацию проводят при 50 - 60 С в течение 0,5-1 ч. После делигнификации сырье нейтрали - зуют разбавленной уксусной кислотой к промывают дистиллированной водой, Из нейтрализованного экстракта геицеллюлозы осаждают спиртом или ацетоном. Твердьй остаток подвергают ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов которые затем очищают и концентрируют любы известным способом. 2 з.пф-лы, 2 табл.1 окислитсльного реагента, для делиг- ы нификации сырья используют реагенты, образовывающие радикапь МО и 110 при этом окислительный реагент вйосят из расчета 1,2 10 -4,1 10 г/ион ВОЗ на 1 г субстрата, При этом в качестве окислительного реагента используют разбавленную азотную кислоту (О, 7-5%) или 0,5-5%-ньп раствор КИ 03 жА подвергнутый предварительно электроческой обработке,Электрохимическую обработку раствора КИО осуществляют в двухкамерном электролйзере с использованием в ка 1629319честве ди афр агм бел ьтинг пер хлор виниловой ткани. В анодную камеру заливают рабочий раствор ОО, а в катодную камеру - вспомогательный (водопроводную воду), Обработку проводят5при следующих параметрах: сила тока2 А, время обработки 40-60 мин и осуще ствляют до достижения р Н р аст вор аЮ 40 1,0-1,5,10Использование радикалов ЙО и ЙОв качестве окислительного реагента впроцессе делигнификации позволяетувеличить гидролизуемость обратногосырья при уменьшении потерь гемицеллюпозных полимеров (ГЦП) в процессепредобработки, а также существенноуменьшить содержание продуктов деструкции лигнина в глюкозном сиропе,что облегчает его дальнейшую очисткудля получения глюкозы пищевого и медицинского назначения.Концентрация окислительного реаген - фта должна быть не менее 1,210 г//ион ЙО на 1 г субсрата, в противном случае концентрация образуацихрадикалов ЙО и ЙО не обеспечиваетдостаточную степень окисления и деполимеризации лигниновых структур, чтоснижает процент делигнификации целлюпозосодержащего сырья.Концентрация окислительного реагента должа быть не более 4,110 г/ионЙО на 1 г субстрата, так как при повышении воз р аст ает сте пень р азруше нияГДП, что ведет к снюкению выхода целевого продукта,Предлагаемый способ предусматривает сохранение гемицеллюлозной частив виде полимеров,Гемицеллюпозы и их производные обладают эмульгирующим, суспендирующим,пленкообразующим свойствами, что позволит найти им применение в пищевойпромышленности для изготовления ди 45етических продуктов, как улучшителейв хлебопечении, наполнителей лекарственных форм и т.д.Способ осуществляют следующим обФразом.Измельченное целлюлоз осодержаще е50сырье смачивают при гидромодуле 3-40,7-5 -ный раствором азотной кислотой или 0,5-5 -ным раствором ЮОз,предварительно подвергнутым электрохимической обработке до концентрации55ионов ЙО 4,1 10 -2,9.10г-ион/л.Сырье выдерживают в течение 12-24 чопри комнатной температуре (18-24 С),что необходимо для полной диффузииионов реагента к молекулам субстрата,По истечении времени смоченное сырьезаливают 4-57.-ным раствором гидроокиси натрия, устанавливая конечный гидромодуль 50-60. Дели гнификацию проводятт при 50-60 С в течение 0,5-1 ч.После делигнификации сырье нейтрализуют разбавленной уксусной кислотойи промывают дистиллированной водой.Из нейтрализованного экстракта гемицеллюлозы осаждают спиртом или ацетоном.Твердый остаток подвергают Ферментативному гидролизу с целью получения раствора моносахаридов, которыйзатем очищают и концентрируют любымизвестным способом,П р и м е р 1. Измельченные стержни кукурузных початков (СКП) 0,1 -3 мм заливают 1 .-ным раствором азотной кислоты, гидромодуль 3 (концентрация ионов ЙО 5,5 -10 +г/ион на 1 гсубстрата), й выдерживают в течение24 ч при комнатной температуре. Выдержанное сырье заливают 4 -ным раствором гидрооксида натрия (конечныйгидромодуль 60) . Делигнификацию проводят при 60 С при постоянном перемешивании в течение 60 мин, По истечении времени твердый остаток отфильтровывают, нейтрализуют разбавленнойуксусной кислотой и промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции. Щелочньм экстракт нейтрализуюти гемицеллюлозы высаживают из негоэтанолом в соотношении 3;1 (об/об),Твердый остаток подвергают ферментативному гидролизу целловиридиномГЗХ. Гидролиз. ведут в ацетатном бу -Фере при рН 5,0, при 48 С в течение24 ч. Концентрация субстрата в реакционной смеси 1 , фермент добавляютиз расчета 30 ед. АФБ (активность пофильтровальной бумаге) на 1 г субстрата. После гидролиза смесь отфильтровывают под вакуумом и промывают донейтральной реакции, В фильтр ате определяют редуцирующие вещества (РВ) .Выход глюкозы 95 от всех продуктовгидролиз а.Выход ГПЦ 46,3 от их общего содержания в СКП,Данные опыта представлены в таблП р и м е р 2. В качестве окислительного реагента используют 0,5 -ныйраствор КЯО, предварительно подвергнутый электрохимической обработке в5 162931 двухкамерном эл ектр олиз ере . Обработку проводят при следукщих параметрах: плотность тока 2 А/дФ; время обработки 1 ч, В результате в анодной ка - мере рН раствора КМО достигает 1;2,5 концентрация ионов МО 0,04169 г/ /ион/л. Измельченные СКП выдерживают с полученным реагентом в течение 24 ч при гидромодуле 3 (концентрация ионов МОу 1,210 4 г/ион на 1 г субстрата), Затем выдержанное сырье заливают 4%-ным раствором МаОН, устанавливая конечный гидромодуль 60.о Делигнификацию проводят при 60 С при постоянном перемешивании в течение 40 мин. В остальном условия эксперимента не отличаются от описанных в примере 1.Выход ГЦП составляет 45,3% от их содержания в СКП (табл, 1) .П р и м е р 3. Получение глюкозного сиропа из пшеничной соломы (ПС). Измельченную ПС (0,1-3 мм) заливают 1%-ным раствором НМО, гидромодуль 4 25 (концентрация ионов МО 7,4 10 г/ион на 1 г субстрата), и выдерживают в течение 24 ч при комнатной температуре. Выдержанное сырье заливают 4%- ным раствором МаОН, устанавливая конечный гидромодуль 60. Делигнификацию проводят при 60 С в течениео60 мин, В остальном условия проведения эксперимента не отличаются от описанных в примере 1. Ферментативный гидролиз ПС ведут в течение 72 ч.35Выход ГЦП 54,7% от их содержания в ПС. Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2% от предобработанного субстрата (табл. 2).П р и м е р 4. Получение глюкоз- ного сиропа из ПС.В качестве окислительного реагента используют 0,5%-ный раствор КМО, предварительно подвергнутый электро химической обработке. Условия проведения обработки и параметры получаемого реагента те же, что в примере 2. Условия обработки ПС полученным скис. лительным реагентом те же, что в при мере 3. Концентрация ионов МО 1,2 9 6у 10 фг/ион на 1 г субстрата при гццромодуле 3. Затем выдержанное сырье заливают 4%-ным раствором МаОН, устанавливая конечный гидромодуль 60. Делигнификацию проводят при 60 С во течение 60 мин. В остальном условия проведения эксперимента не отличаются от описанных в примере 1. Ферментативный гидролиз ПС веДут в течение 72 ч.Выход ГЦП 55,0% от их общего содержания в ПС. Выход глюкозы при ферментативном гидролизе 83,2% от предобработанного субстрата (табл. 2).Способ позволяет повысить выход целевого продукта за счет сокращения потерь полимерных гемицелпюпоз на 5- 20%, исключить использование дорогостоящих реагентов (перекиси водорода) и повысить технологичность процесса за счет замены перекиси водорода разбавленной азотной кислотой либо раствором аэотнокислого калия, предварительно подвергнутого электрической обработке,Формула изобретения1. Способ гидролиза целлюлозосодержащего сырья, включающий предобработку измельченного сырья окислительным и щелочным реагентами с последущцим ферментативным гидролизом, о т"л и ч а ю щ и й с я тем, чтос цельюувеличения выхода полимерных гемицеллюлоз, в качестве окислительного реагента используют реагент, образующийрадикалы МО и МО, при этом окисли тельный реагент вносят из расчета1,20 -4;1.10 г/ион МО на 1 г субстрата а,2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве окисли+тельного реагента используют разбавленную азотную кислоту,3. Способ поп. 1, отличающ и й с я тем, что в качестве окисли-.тельного реагента используют 0,5-5%ный раствор азотнокислого калия,предварительно подвергнутого электрохимической обработке,1629319 Таблица Степень солбнлняацннсубстратапрн фермевВюходГЦп 2от содеркання вСКП делнгянфнкацнн ЙаОН Условия обработки окнслнтельаюм реагентом Концентрапня емпера" ура С енЕонцент пня Йоб г/нон на ь 1 г СКП тельногреагент2 татнвномгндролнэе24 3 37 3 соб6 ее 34 60 60 46,7 60 40 47,9 50 30 47,6 60 30 43 8 60 60 380 60 60 38,9 50 30 30 О 50 40 36,7 50 5045,9 50 60 46,0 60 40 45, 3 50 50 43,5 60 50 37,7 50 60 39,0 МОНМО 2 50 60 60 24 25 24 3 24 3 2 3 12 3 24 3 5 5 5 4 24 ,3 12, б 24 3 11 12 1 Э 60 50 60 спосо 60 4 б 15 Ноу,Таблица гнифнк адин елань совбнлня ацнн бстрата словня обработки кнслнтельвм реа од ПЗП от содерияв ПСаОН Температура, ос емя нце рме онцентр цнн ЙОЭьн тнвяом гнлролнзе Х54,7 75,055, 156,9 80,049,8 75,134,1 61,940,2 68,531,3 . 8,139,6 . 79,95 Э,5 76652,0 78,955,0 75,052,2 77,539,7 65,437,8 . 78,5 6 4 4 Э 60 60 50 50 60 3 4 9О1112 24 12 24 17 13 34 4 5 5 6 эвестюн 3 способ4 6 4 Н 2 Составитель А.Болобовактор Н. Гунько Техред А.Кравчук орректор СЧерни Заказ 410 ВЦИИПИ Государс Под пи с но аж 245 КНТ ССС 1 о изобретениям и о 35 Рауиская наб.,комитетаМосква, Ж енно 1303 рытиям 4/5Производственноиздательский комбинат Патент , г.ужгород ул. Г ина,1 НЙОе 50,7НМО О,НМО, О,5нмо, оНЙО, 7НКО, 2КНОР 4КМО, О,5КМО 5КМО 0,4КЙ 09 б НМО, 1НЙО 9 2НМОФ0,7НЙО, о,ННОЕ 0,5НМОНМО 7Ю 09 4КМО 9 0,5ЮОэ 5КМО б 24 24 17.24 24 24 17 12 24 Предлаг5,5 0-41,25104 кО 01,2 105,81 О1,0 105,9 О ,25.106,7 1096101,2104 104,5 0Невеста 7,4101,67104,1101,2 О +7, У 101,0 107,9 О ,4,5106,7 109,6 О +1,2104,1,101 О, О"451 О агаемм 3 способ4 60 4 60 5 50 4 50 4 60 4 50 5 60 5 60 4 60 4 60 4 60 60 40 40 40 60 60 50 50 .60 93,0 95,0 93,9 93,7 85,5 87,0 93,0 92,8 96,7 976 95,5 95,0 93,2 96,1